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Científicos se preparan para fotografiar por primera vez a un agujero negro
Redacción
El llamado ‘Telescopio del Horizonte de Sucesos’ es un telescopio virtual, del tamaño de la Tierra, tan potente que tiene la capacidad de observar en detalle el corazón de la Vía Láctea, donde un agujero negro supermasivo (Sagitario A*) le permitirá a los astrofísicos poner a prueba la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein.
principios de 2012, astrónomos, físicos y científicos de campos relacionados provenientes de todo el mundo, se darán cita en Tucson, Arizona, para discutir una iniciativa que sólo unos pocos años atrás habría sido considerada como descabellada. La conferencia está organizada por Dimitrios Psaltis, profesor adjunto de astrofísica en el Steward Observatory (University of Arizona), y Dan Marrone, profesor asistente de astronomía en el mismo observatorio.

“Nadie ha tomado jamás una foto de un agujero negro”, dijo Psaltis. “Vamos a hacer exactamente eso”.

“Incluso cinco años atrás, la propuesta no habría parecido muy creíble”, agregó Sheperd Doeleman, director adjunto del Haystack Observatory en el Massachusetts Institute of Technology (MIT), quien es el investigador principal del proyecto denominado ‘Telescopio del Horizonte de Sucesos’. “Ahora tenemos los medios tecnológicos para intentarlo”.

La existencia de los agujeros negros fue predicha por la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein, y desde entones ha sido sustentada por décadas de observaciones, mediciones y experimentos. Sin embargo nunca ha sido posible observar directamente y fotografiar a uno de estos objetos espaciales, cuya extrema gravedad ejerce tal poder que distorsiona el entramado mismo del espacio-tiempo.

“Los agujeros negros son los entornos más extremos que uno puede encontrar en el Universo”, dijo Doeleman.

El campo gravitatorio que rodea a un agujero negro es tan poderoso que se traga todo lo que está a su alcance; ni siquiera la luz puede escapar de su atracción. Ésta es la razón por la que los agujeros negros son precisamente eso, negros. No emiten luz en absoluto, su ‘nada’ se confunde con la oscuridad de fondo del Universo.

Así que, ¿cómo obtener una imagen de algo que por definición es imposible ver?

“A medida que el polvo y el gas se arremolinan alrededor del agujero negro antes de caer en él, se produce una especie de embotellamiento cósmico. Al arremolinarse de manera similar a como lo hace el agua en torno al sumidero de una bañera, la materia se comprime y la fricción resultante la convierte en un plasma calentado a mil millones de grados o más, por lo que comienza a ‘brillar’ y radiar energía que podemos detectar aquí en la Tierra”, explica Doeleman.

La idea es fotografiar a este brillo, de forma tal que los científicos puedan ver el contorno del agujero negro, llamado también su ‘sombra’ u Horizonte de Sucesos. Se puede imaginar al Horizonte de Sucesos como la superficie de una esfera imaginaria, dentro de la cual ni la luz puede escapar de la atracción gravitatoria. Las leyes de la física ya sea no se aplican, o no pueden describir lo que sucede en el interior de esta esfera, razón por la cual se dice que allí existe una ‘singularidad’.

La distorsión del tiempo en las cercanías de un agujero negro es tan extrema que, según la Relatividad General, éste se detiene en el Horizonte de Sucesos. Y ya dentro del agujero negro, “el tiempo simplemente no existe”, como le gusta afirmar al célebre físico británico Stephen Hawking.

Para Leonard Susskind, uno de los físicos impulsores de la Teoría de Cuerdas, el Horizonte de Sucesos es en realidad una especie de ‘superficie holográfica’, en la que se almacena la información de los objetos que caen en un agujero negro, evitando así su pérdida del Universo, como sostenía Hawking. A esto se le llama ‘Principio Holográfico’, y evita la violación por parte de los agujeros negros del Principio de la Conservación de la Información.
Una simulación por computadora...
Una simulación por computadora del plasma súper caliente que se arremolina alrededor del agujero negro supermasivo Sagitario A*, en el centro de la Vía Láctea. La sombra oscura u Horizonte de Sucesos es lo que los astrónomos esperan observar.
(Scott Noble/RIT) Click para ampliar!
“Hasta ahora, tenemos evidencias indirectas de que hay un agujero negro en el centro de la Vía Láctea”, dijo Psaltis. “Pero una vez que veamos su sombra, no habrá ninguna duda”.

Aunque Sagitario A* tiene una masa equivalente a 4,3 millones de masas solares, es verdaderamente muy pequeño a los ojos de los astrónomos. Más pequeño que la órbita de Mercurio alrededor del Sol y a unos 27 000 años-luz de distancia, su tamaño aparente es el que tendría una naranja colocada sobre la Luna.

“Para poder ver algo tan pequeño y alejado, uno necesita disponer de un telescopio muy grande, y el más grande que uno puede concebir en la Tierra es convertir a todo el planeta en un telescopio”, agrega Marrone.

Para ese fin, el equipo está conectando unos 50 radiotelescopios distribuidos por todo el globo, incluyendo el ‘Submillimeter Telescope’ en el Monte Graham (Arizona), los telescopios de Mauna Kea (Hawai) y el ‘Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy’ en California. El arreglo o red global incluirá a varios radiotelescopios de Europa, una antena de 10 m en el Polo Sur, y potencialmente un radiotelescopio en la cima de un pico de 4600 m en México.

“En esencia, estamos construyendo un telescopio virtual que posee un espejo tan grande como la Tierra misma. Cada radiotelescopio que utilizamos se puede considerar como una pequeña porción plateada de un gran espejo. Teniendo suficientes piezas como éstas, uno puede empezar a hacer una imagen”, dijo Doeleman.

Los resultados del Telescopio del Horizonte de Sucesos no se obtendrán de manera inmediata; al respecto, Doeleman afirma: “Cada año, aumentaremos sus capacidades al añadir más telescopios, poco a poco iremos mejorando la calidad de la imagen del agujero negro”.
Telescopio del Horizonte de Sucesos
El Telescopio del Horizonte de Sucesos se compone de
una red de radiotelescopios distribuidos por todo el planeta. (Eventhorizontelescope.org)
Es inminente la incorporación a la red global de radiotelescopios del sistema ‘Atacama Large Millimeter Array’ (ALMA), en Chile. Éste es un elemento esperado con ansiedad, y será clave para el proyecto debido a sus formidables capacidades. Con 50 antenas, ALMA funcionará como si se tratase de una antena de 90 metros, y se convertirá en lo que Doeleman ha llamado “un jugador que puede cambiar el partido”.

“Seremos capaces de ver lo que realmente sucede muy cerca del horizonte de sucesos de un agujero negro, el cual posee el campo gravitatorio más poderoso que uno puede encontrar en el Universo. Nadie ha corroborado jamás la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein en campos tan fuertes”, dijo Psaltis.

La Relatividad General predice que el contorno brillante de la sombra del agujero negro, tiene que ser un círculo perfecto. De acuerdo a Psaltis, cuyo grupo de investigación se especializa en la Teoría de la Relatividad General de Einstein, esto proporcionará una prueba importante.

“Si descubrimos que la sombra del agujero negro es ovoidal en vez de circular, significaría que la Teoría de la Relatividad General de Einstein puede estar equivocada. Pero incluso si no hallamos discrepancias con las predicciones de la Relatividad General, todos estos procesos nos ayudarán a entender mucho mejor los aspectos fundamentales de la teoría”, agregó Psaltis.

Los agujeros negros siguen siendo uno de los fenómenos menos entendidos en el Universo. Varían en masa desde unas pocas veces la masa del Sol, hasta miles de millones de masas solares. También parece ser que se unen como gotas de aceite en el agua. En la actualidad se cree que la mayoría de las galaxias –si no todas– albergan un agujero negro supermasivo en sus centros, mientras que los más pequeños están dispersos por todas partes. Se estima que nuestra Vía Láctea hospeda a unos 25 agujeros negros más bien pequeños, cuyas masas tienen de 5 a 10 veces la masa del Sol.
Impresión artística del complejo ALMA
Impresión artística del complejo ALMA, en Atacama, Chile. (ALMA/ESO/NAOJ/NRAO) Click para ampliar!
“Lo maravilloso de Sagitario A* es que es lo suficientemente grande y está lo suficientemente cerca. Existen agujeros negros más grandes en otras galaxias, y los hay a menor distancia, pero son más pequeños. El nuestro tiene la combinación perfecta de tamaño y distancia”, dijo Marrone.

Los astrónomos utilizan las ondas de radio en vez de la luz visible o infrarroja para espiar a Sagitario A*, por dos motivos: Primero, para observar el centro de la Vía Láctea desde la Tierra se requiere dirigir la mirada a través del plano de la galaxia. Las ondas de radio son capaces de penetrar miles de años-luz de estrellas, gas y polvo que obstruyen la vista. Segundo, la combinación de telescopios ópticos en un súper telescopio virtual no sería factible, según los investigadores.

El Telescopio del Horizonte de Sucesos usa la técnica denominada ‘Very Long Baseline Interferometry (VLBI)’, o en español ‘Interferometría de Muy Larga Base’. Esta técnica consiste en la observación de un objeto celeste simultáneamente con todos los radiotelescopios de la red. La radiación de ese objeto es recibida en instantes ligeramente diferentes en cada telescopio, según su posición sobre la Tierra. La creación de un patrón de interferencia (denominado franjas) permite a esta red de telescopios comportarse como un único instrumento que tiene como tamaño equivalente (y por ello, poder de resolución) las distancias entre los radiotelescopios participantes en la observación.

Cada telescopio grabará sus datos en discos duros, los cuales con posterioridad serán enviados a un centro de procesamientos de datos en el Haystack Observatory (MIT). Allí una supercomputadora correlacionará todos los datos, y obtendrá la tan esperada imagen de Sagitario A*. Cuando esto ocurra, ¿qué veremos finalmente?
Diagrama de la técnica VLBI
Diagrama de la técnica ‘Very Long Baseline Interferometry (VLBI)’. (JPL/NASA)
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Mendoza, Argentina, 27 de Enero de 2012.
 
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